發(fā)布時間：2020-09-05 09:25

　　 目前在水文流量監(jiān)測領(lǐng)域,由于水文纜道測量成本較低,可靠性強,依然起著不可或缺的作用。為了實現(xiàn)河流水域的流速、水深測量,通常采用的方法是鉛魚加裝轉(zhuǎn)子式流速儀測量流速,通過計算纜繩入水長度測量水深。但在水流的沖擊作用下鉛魚測量姿態(tài)是否穩(wěn)定無法判斷。流速較大情況下,纜繩傾斜角度不斷變化,入水深度無法精確測量,從而影響到流速和流量測量工作的精確性。為了實現(xiàn)流速、水深的精確測量,通常采用的方法是對懸吊鉛魚的方法進行改進和懸吊鉛魚傾斜角的調(diào)整,使鉛魚與水流方向平行,雖然一定程度上提高了轉(zhuǎn)子式流速儀測速的精確度,但是對測量人員現(xiàn)場操作經(jīng)驗要求過高,且精度提升有限。對于這種問題,在鉛魚上加裝傳感器是目前一種較好的處理方案,不僅對深度的測量精度得到大幅度提升,也能及時反饋水下鉛魚的實時姿態(tài),且體積小、成本低、方便安裝。利用卡爾曼濾波算法,結(jié)合MEMS傳感器的特性,將原始數(shù)據(jù)進行濾波和融合,得到最優(yōu)的姿態(tài)角。具體的研究工作如下:首先,針對傳統(tǒng)的水文測量存在的測量精度不高,操作流程繁瑣等缺點,根據(jù)實際改進需求提出設(shè)計一種新型的智能鉛魚水文信息監(jiān)測信號桶。該監(jiān)測桶加裝在傳統(tǒng)的測流鉛魚上,通過內(nèi)置九軸姿態(tài)傳感器實時采集水下鉛魚的姿態(tài)角度數(shù)據(jù),以判斷當前鉛魚姿態(tài)是否穩(wěn)定,以及記錄水流的方向。采用高精度絕對壓力傳感器采集水壓數(shù)據(jù),根據(jù)壓力值測算鉛魚的實時入水深度。同時選用的壓力傳感器內(nèi)含溫度傳感器,從而實現(xiàn)對大小河流水域的流速、水深、水流方向、水溫等信息的精確測量。針對水文信息監(jiān)測桶內(nèi)傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)中存在較大的隨機漂移分量問題,采用了利用卡爾曼濾波算法濾除傳感器測量噪聲,通過基本卡爾曼濾波(KF)以及擴展卡爾曼濾波(EKF)對姿態(tài)傳感器原始測量數(shù)據(jù)進行濾波及數(shù)據(jù)融合,通過實驗比較兩種濾波方法的濾波效果,得出該方法有效提高了鉛魚水下姿態(tài)估計的精確度。同時,針對壓力傳感器的測量噪聲誤差問題,在采用卡爾曼濾波處理壓力數(shù)據(jù)之余,又采用涌浪濾波算法及伯努利方程原理,以姿態(tài)角度為依據(jù),修正動態(tài)情況下因安裝位置偏差引起的壓力值測量誤差,和動態(tài)情況下因河水流速引起的壓力值測量誤差,最終得到更為精確的水深數(shù)據(jù)。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH766.1
【部分圖文】：

因此通常不采用這種Quaternions）由一個實數(shù)和表示，其中的 a、b、c、d 是實系到載體坐標系的轉(zhuǎn)換，姿來確定載體的姿態(tài)。四元數(shù)法直觀，較難理解。角關(guān)系角度時，需要建立兩個坐標標系，即東北天坐標系，以極的方向為 Y 軸方向，水平

曼濾波算法原理過程中有兩個重要的方程，分別為狀態(tài)方程狀態(tài)的預測，測量方程對狀態(tài)起到修正作用。斷的預測—修正，最終達到最接近事實情況的型描述的動態(tài)系統(tǒng)：X(ē ) = FX(ē) W(ē) Y(ē) = HX(ē) V(ē) 程，式中 k 為離散時間，在 k+1 時刻，系統(tǒng)狀態(tài)預測，W(k)為輸入噪聲。式 2 為測量方程噪聲。在本文中，我們將輸入噪聲和觀測噪聲稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，H被稱為觀測矩陣。法的更新流程根據(jù)這兩個方程分為兩大部分示：

圖 3-2 卡爾曼算法流程過程中，式 1 和式 2 所描述的系統(tǒng)中，W（k量噪聲，因此我們還需選擇濾波器的參數(shù)，也噪聲的協(xié)方差 R。測量噪聲協(xié)方差可以從傳感器方差不易得到，我們將通過實測，獲取過程協(xié)曼濾波算法原理曼濾波算法是一種最佳線性濾波算法，故針對，其中的非線性因素不能忽略，要想處理這些數(shù)進行線性化處理，得到一個近似的線性化模有：第一種是將非線性函數(shù)展開成 Taylor 級為一個近似線性的函數(shù)模型。第二種方法是將型實施離散化，使之成為線性模型。在之前的

【參考文獻】

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本文編號：2812854